引 言

       Flash存儲器又稱閃速存儲器,，是20世紀80年代末逐漸發(fā)展起來的一種新型半導體不揮發(fā)存儲器,。它兼有RAM和ROM的特點,，既可以在線擦除、改寫,，又能夠在掉電后保持數(shù)據(jù)不丟失,。NOR Flash是Flash存儲器中最早出現(xiàn)的一個品種，與其他種類的Flash存儲器相比具有以下優(yōu)勢：可靠性高,、隨機讀取速度快,，可以單字節(jié)或單字編程，允許CPU直接從芯片中讀取代碼執(zhí)行等,。因此NOR Flash存儲器在嵌入式系統(tǒng)應用開發(fā)中占有非常重要的地位,。本文以SST公司的NOR Flash芯片SST39SF040和MCS-51單片機為例，針對大容量NORFlash在8位低檔單片機中應用的特殊性,，詳細介紹了其接口硬件和接口軟件的設計方法,。

1 SST39SF040芯片介紹

       SST39SF040是SST公司最近推出的一種基于SuperFlash技術的NOR Flash存儲器，屬于SST公司并行閃速存儲器系列,；適用于需要程序在線寫入或大容量,、非易失性數(shù)據(jù)重復存儲的場合。

1.1 芯片內部功能結構和外部引腳

       圖1是SST39SF040的內部功能結構框圖,，由Super-Flash存儲單元,、行譯碼器、列譯碼器,、地址緩沖與鎖存器,、輸入／輸出緩沖和數(shù)據(jù)鎖存器以及控制邏輯電路等部分組成。圖2是其外部引腳分布圖,，其中A18～A0為地址線,，CE為芯片選通信號，OE可作為讀信號,，WE為寫信號,，DQ7～DQ0為數(shù)據(jù)線,。

1.2 芯片的主要特性

① 容量為512 KB，按512K×8位結構組織,。

② 采用單一的5 V電源供電,，編程電源VPP在芯片內部產(chǎn)生。

③ 芯片可反復擦寫100 000次,，數(shù)據(jù)保存時間為100年,。

④ 工作電流典型值為10 mA，待機電流典型值為30μA,。

⑤ 扇區(qū)結構：扇區(qū)大小統(tǒng)一為4 KB,。

⑥ 讀取、擦除和字節(jié)編程時間的典型值：數(shù)據(jù)讀取時間為45～70 ns,；扇區(qū)擦除時間為18 ms,，整片擦除時間為70 ms；字節(jié)編程時間為14μs,。

⑦ 有記錄內部擦除操作和編程寫入操作完成與否的狀態(tài)標志位,。

⑧ 具有硬,、軟件數(shù)據(jù)保護功能,。

⑨ 具有地址和數(shù)據(jù)鎖存功能。

1.3 芯片的操作

1.3.1 芯片的軟件操作命令序列 

       SST39SF040的軟件操作可以分成兩類：普通讀操作和命令操作,。

       普通讀操作非常簡單,，與RAM的讀操作類似，當OE和CE信號同時為低電平時,，即可從芯片讀出數(shù)據(jù),。

       芯片的命令操作包括芯片的識別、字節(jié)編程,、扇區(qū)擦除以及整片擦除等,。這些操作分別由各自的軟件操作命令序列來完成，如表1所列,。其中,，BA為待編程字節(jié)的地址，Data為字節(jié)編程數(shù)據(jù),，SAX為待擦除扇區(qū)的地址,。命令中的地址只有低15位有效，高4位可任意設置為“0”或“1”,。

       SST39SF040的軟件操作命令序列實際上是由一個或多個總線寫操作組成的,。以SST39SF040的扇區(qū)擦除為例，其操作過程包括3個步驟：第1步,，開啟擦除方式,，用表1中給出的第1至第5周期的總線寫操作來實現(xiàn),；第2步，裝載扇區(qū)擦除命令(30H)和待擦除扇區(qū)的地址,，用其對應的第6周期的總線寫操作來實現(xiàn),；第3步，進行內部擦除,。內部擦除時間最長為25 ms,。

       總線寫操作時，OE必須保持為高電平,，CE和WE應為低電平,。地址和數(shù)據(jù)的鎖存由CE和WE兩個信號的邊沿進行控制。它們當中后出現(xiàn)的下降沿將鎖存地址,，先出現(xiàn)的上升沿將鎖存數(shù)據(jù),。

1.3.2 字節(jié)編程和擦除操作的狀態(tài)檢測

       芯片在進行內部字節(jié)編程或擦除操作時都需要花費一定的時間，雖然可以采用固定的延時來等待這些操作的完成,，但為了優(yōu)化系統(tǒng)的字節(jié)編程和擦除操作時間,，以及時判斷內部操作的完成與否，SST39SF040提供了兩個用于檢測的狀態(tài)位,，即跳變位DQ6和數(shù)據(jù)查詢位DQ7,。在芯片進行內部操作時，只要根據(jù)圖3的流程對DQ6或者DQ7進行查詢就能及時作出判斷,。

2 SST39SF040與MCS-51的接口設計

2.1 硬件設計 

       硬件設計就是搭建合適的接口電路,，將SST39SF040連接到MCS-51的系統(tǒng)總線上。根據(jù)SST39SF040和MCS-51系列單片機的結構特性,，我們發(fā)現(xiàn)SST39SF040的數(shù)據(jù)線和讀,、寫信號線可以很容易地連接到MCS-51的系統(tǒng)總線上，所以要考慮的主要問題是SST39SF040地址線的連接,。由于其容量已經(jīng)超出了MCS-51的尋址范圍,，19根地址線無法全部連接到MCS-51的地址總線上，因此必須在該系統(tǒng)中進行進一步的存儲器擴展,。存儲器擴展通?？衫脝纹瑱C空閑的I／O口線作為頁面地址輸出引腳來實現(xiàn)。但是許多應用系統(tǒng)當中,，單片機的I／O口線都是非常緊張的,，在沒有多余的I／O口線時，頁面地址就必須提前從數(shù)據(jù)總線輸出并存放在鎖存器中備用,。具體做法是：將鎖存器直接掛在數(shù)據(jù)總線上,，為其安排一個I／O地址，從而構成頁面寄存器,，在訪問存儲器時,，提前將頁面地址作為數(shù)據(jù)寫入頁面寄存器即可,。

       根據(jù)以上分析可設計出SST39SF040與MCS-51之間的接口電路，如圖4所示,。本系統(tǒng)中,，將512 KB的存儲器分為32頁面，每頁大小為16 KB,。由此可得,，頁面地址需要5位，頁內偏移量需要14位,。頁面地址的給出是在進行存儲器訪問之前完成的,，具體的方法是：用一條“MOVX"’命令將頁面地址輸出到鎖存器74LS374中，再由74LS374將頁面地址保持在存儲器的地址引腳A14～A18上,。頁內偏移量則直接在存儲器的讀寫命令中給出,，執(zhí)行命令時，低8位地址A0～A7從P0口輸出到74LS373中保持,；地址A8～A13則由單片機的P2.0～P2.5直接提供,。以上分時輸出的地址信號A0～A18將在讀／寫控制信號開始作用后，同時有效,，以實現(xiàn)對SST39SF040的512KB全地址空間的訪問,。P2.6和P2.7分別用作SKT39SF040和鎖存器74LS374的片選信號，SST39SF040的片選信號地址范圍是8000H～BFFFH,，74LS374的片選信號地址范圍是4000H～7FFFH,。

2.2 軟件設計

       軟件設計就是編寫對SST39SF040的操作程序，包括字節(jié)讀出,、扇區(qū)或整片擦除以及字節(jié)編程等。下面給出第1個扇區(qū)的擦除程序,，其中DELAY25為25 ms延時子程序,，其他操作程序可參照編寫。

       程序編寫過程中的難點是,，如何將SST39SF040中待訪問的單元地址進行分解并對應到讀寫命令中去,。以扇區(qū)擦除操作的第1個命令為例，該命令的功能是將數(shù)據(jù)AAH寫入地址5555H中,。對于地址5555H,，其最高5位A18～A14是01H，低14位A13～A0為1555H,。最高5位地址決定的頁面號必須先作為數(shù)據(jù)寫入鎖存器74LS374中,，再將數(shù)據(jù)AAH寫入該頁中由低14位地址決定的單元。寫入頁面號時,，指令中的地址可在4000H～7FFFH范圍內任選一個,，即選中鎖存器74LS374,；寫人數(shù)據(jù)AAH時，指令中的地址可由低14位地址1555H加上8000H得到,，其值為9555H,。

       第1扇區(qū)擦除程序代碼如下：

結 語

       本文從硬件和軟件兩個方面對大容量NOR Flash存儲器與8位單片機的接口技術進行了分析、探討,，給出了具體的設計方案,。其思想和方法對嵌入式系統(tǒng)的應用設計具有較高的參考價值，筆者已將它應用到一款考勤機產(chǎn)品的設計開發(fā)當中,。